【摘 要】
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经颅磁刺激技术可以对患者的脑区进行激活治疗,在脑功能障碍康复应用广泛。目前传统的经颅磁导航系统自主导航功能较差,存在价格昂贵、需要患者佩戴光学定位标记、患者的活动自由度不高以及线圈标定校准程序复杂等问题,导致目前大部分的经颅磁导航系统无法推广使用。设计一种高精度、低成本、交互良好的经颅磁刺激系统,对于推广国产化经颅磁导航系统以及提高医疗自动化程度具有广阔的实用前景。经颅磁刺激对线圈的定位精度要求高
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经颅磁刺激技术可以对患者的脑区进行激活治疗,在脑功能障碍康复应用广泛。目前传统的经颅磁导航系统自主导航功能较差,存在价格昂贵、需要患者佩戴光学定位标记、患者的活动自由度不高以及线圈标定校准程序复杂等问题,导致目前大部分的经颅磁导航系统无法推广使用。设计一种高精度、低成本、交互良好的经颅磁刺激系统,对于推广国产化经颅磁导航系统以及提高医疗自动化程度具有广阔的实用前景。经颅磁刺激对线圈的定位精度要求高,传统的头颅和线圈的标定步骤异常繁琐,而且患者的配合度差,如何自适应且实时动态地跟踪患者的头颅是经颅磁导航的一个难点。本文设计了一种基于头颅动态跟踪的经颅磁导航系统,结合人脸特征点识别和MRI数据融合实现自动化高精度定位跟踪的方案,满足实际使用需求。本文主要工作内容如下:（1）提出一种基于MRI数据融合的无标记的头颅坐标系标定方法。通过核磁共振图像生成患者的头部三维模型,将核磁共振数据与真实的头颅数据进行融合。采用一种基于坐标系联合的特征点配准算法,通过联合模型空间下的头部坐标系和相机空间下的头部坐标系,将目标靶点转换到相机空间进行定位跟踪。（2）利用PFLD深度神经网络进行人脸特征点检测,通过实时提取真实人脸的特征点,匹配头部模型的人脸特征点,实现动态头颅的跟踪。针对人脸特征点受到遮挡时出现的问题,在PFLD的模型结构上增加了预测分类的全连接神经网络以进行改进,增加网络模型预测人脸遮挡的能力,解决遮挡问题下的跟踪误差问题。（3）提出基于改进型人工势场法的机器人路径实时规划方案,通过力的辅助控制实现更安全的头部跟踪。针对线圈在路径规划时的安全问题,引入高度场对传统人工势场法进行改进,实现线圈在长距离跟踪时的安全高度抬升。通过MATLAB和Unity仿真验证了算法的可行性。论文根据动态头颅跟踪和无标记的经颅磁导航系统需求进行设计,提出基于人脸特征点匹配的经颅磁机器人导航方案,并对特征点检测网络和路径规划算法进行了优化改进。论文基于Python和Qt完成系统基本功能,通过了相关性能测试,并在经颅磁的临床刺激实验中验证了系统对动态头颅跟踪刺激的有效性。
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